新工科建设背景下食品科学与工程专业实践教学环节的改革与建设

张剑 李梦琴 范会平

摘要：本研究根据国家新工科建设要求，对食品科学与工程专业的课程实验、课程实习、毕业实习与毕业设计等实践教学环节进行相应的改革，从而构建有益于培养学生创新能力与工程实践能力的实践教学课程体系。同时，引入“基于项目学习”与“探究式学习”的教学方法，变传统的验证性与演示性实验为综合性、设计性与创新性实验，推行跨课程的综合实验项目，推动实践教学信息化进程。

关键词：新工科建设;实践教学;食品科学与工程;教学改革;创新能力

食品工业是我国国民经济重要支柱产业之一，2017年，全国食品工业年产值12.8万亿元，占我国GDP的10%以上。但我国食品企业由于缺乏高水平工程技术人员，在长期发展中逐渐暴露出核心竞争力不强、自主创新能力不足等问题，在面对外资企业时明显缺乏竞争力，很多企业逐渐被挤出市场。因此，食品企业对具有较强实践能力的工程技术人才需求迫切。习近平总书记也曾在全国教育大会上指出，如何培养出更优秀的工程技术人才，已成为新时代国家人才战略的核心。

新科技革命与产业变革的时代奔腾而至，对工程技术人才提出了新的更高的要求，如何培养出更优秀的创新人才已经是摆在高校面前的重要课题。食品科学与工程专业属于工科门类，肩负着为食品行业培养技术人员的重任。学生工程实践能力的培养更多地依靠实践教学环节。实践教学在教育教学过程中既独立于理论教学又与之相辅相成，两者共同构成了完整的教学体系。在创新人才的培养方面，实践教学在教学功能上亟需拓展，教学设计要充分体现对工程创新能力的培养，即在完成基本实践教学内容的过程中激发人才的创新意识、培养其创新思维、锻炼其创新能力。因此，笔者依托所在的专业，通过长期的调研与论证，按照工程专业认证的成果导向教育（OBE）理念与国家新工科建设要求，对食品科学与工程专业的实践教学体系进行改革，以期能有效提高学生的实践创新能力与工程素养。

一、体现新工科教育理念的实践教学顶层设计

在传统的工程教育意识下，实践教学的目标是：通过课程实验教学的亲自操作来发现和验证所学理论知识中的一些现象和规律，同时掌握实验设备仪器的使用方法;通过现场实践或参观进一步加深理解专业知识的概念与定义及其在工程实际中的应用。传统实践教学环节设计与运行以验证性实验为主，不利于学生创新能力与工程实践能力的培养。

国际工程专业认证强调高等教育教学要以OBE理念来设计教学环节，此理念已被写入了国家新工科建设规划与“卓越工程师培养计划2.0”中。OBE理念强调专业教学设计和实施以学生接受教育后所取得的学习成果为导向，教学的重点聚焦“学生产出”，注重学生创新、实践等能力的培养。它是围绕学生的最终“成果”来组织和开展教学的，以明确的综合能力培养为目标来设计教学过程，最终促成学习成果的达成。笔者所在学校食品科学与工程专业的实践教学改革就以OBE理念为基础，已经取得了初步的效果。OBE理念与传统教学理念的异同点如表1所示。为实现顶层设计目标，本次实践教学主要从课程建设、教学方法改革等方面进行实施。

二、贯穿全学程的创新性实践教学课程体系建设

本次实践教学改革以“创新培养”贯穿全学程。由于工程创新设计能力的培养需要一个循序渐进的过程，因此笔者根据学生在不同阶段的知识储备，将工程创新能力培养的全过程分阶段设定教学目标，进行系列化的实践教学设计。本专业的实践教学环节如表2所示。

（一）低年级突出专业认知与工程创新意识的培养

本专业在第1学期开设食品科学与工程专业导论课程，并开设1周的认知实习课程。同时邀请本专业知名专家与知名教授分专题介绍食品行业的基本情况，并带领学生参观郑州三全食品、中粮面业、好想你枣业等知名企业的加工工厂与标准车间，让学生对本专业有一个初步的认识，对本专业学习树立坚定的信心。在专业导论课程的讲授中，本专业也邀请2名以上企业技术骨干或高层管理人员给学生做报告，将企业发展、规范管理与技术创新的理念传授给学生，让学生初步树立起创新意识。

本专业在第3学期学生学习工程图学课程后开设课程设计环节，让学生在学习测绘知识后绘制简单的设备三视图，培养学生的工程制图能力，初步建立工程理念。第4学期学生学习完机械设计基础课程后，也要经过课程设计环节，让学生通过机械设计提升自身对工程设计的认识与工程设计能力。第4学期也有工程实训（金工实习）课程，通过车工、磨工、钳工、焊工等岗位的实训，让学生切身感悟机械加工的过程。同时，学生要学习部分“金属工艺学”知识，为高年级工程类专业课程的学习打下良好的基础。

（二）高年级突出工程问题能力的培养，使学生形成较强的创新思维习惯

本专业第5学期开设三周的食品工艺学综合实训课程，学生4人一组，在教师的指导下自行选题、设计实验、准备材料、完成实验、撰写实验报告，最后教师集中讲解分析实验的成功与不足。本环节对学生创新能力的培养起到了极大的促进作用。从第5学期开始，我们鼓励学生参与教师的科研项目与工程设计项目，同时开放实验室，让学生自主选题进行科学研究。根据完成情况，学生可以申请创新学分。第6学期，在学生学习了食品工艺学课程后，本专业开设4周的生产实习环节，将学生分配到食品企业的生产岗位顶岗实习并按时轮岗，使学生对食品企业的整体布局、生产工艺、劳动定员、生产管理、设备操作等有详细的了解。这有助于学生将理论知识与生产实际有机融合，实现从知识向技能转化，增强学生解决工程问題的能力。第7学期本专业安排2周的食品工厂设计实习，让学生做一个完整的食品工厂设计项目，写一份设计说明书，并利用CAD绘制总平面图与车间平面图。通过综合设计消化课程中枯燥难懂的工程知识，学生解决工程问题的能力再一次得到增强与提升。第8学期本专业开设食品科学与工程专业前沿课程，安排学院知名教授做本学科发展前沿报告，向学生进一步传输创新的理念，同时邀请知名企业的高管或技术骨干参与该课程授课，让学生进一步了解企业的人才需求及创新创业方向的知识与信息。

（三）专业学习阶段突出综合应用和工程创新开发设计能力的培养

自第6学期开始，学生已经学完了全部基础理论课程、专业基础课程及部分专业课程，具备了综合运用所学知识解决工程实际问题的知识储备。在此阶段开设的实验课程内容均为综合性、设计性与创新性的实验。综合性实验的特点是综合多门课程的知识内容，采用综合的实验方法，特别是实验内容及形式的设计为学生留有充分的创意空间。学生通过实验过程能培养综合运用专业知识和现代实验手段进行研究和分析的能力，同时，形成更科学的创新思维与更完整的工程创新设计能力。

（四）毕业实习阶段突出创新训练与工程素质相结合

由于工程认证要求50%以上为毕业设计，本专业创新性地改革了毕业实习与毕业论文（设计）环节（将学生分为以毕业论文为实习目标、以毕业设计为实习目标、以论文和设计相结合为实习目标）。以毕业论文为实习目标的学生将在学院的几个省市级科研平台参与教师科研项目，在科研项目中选题并完成实习，最后撰写毕业论文。对这部分学生的培养目标是将其培养为创新型人才，此类学生大部分会选择考研继续深造。以毕业设计为实习目标的学生的实习地点为食品加工企业，经过至少2个月的生产一线实习，学生应完成理论与实践的结合，最后做一个完整的毕业设计。对这类学生的培养目标是将其培养为工程实践型人才，使他们毕业后能够成为企业的高级生产与管理人才。以论文和设计相结合为实习目标的学生首先在实验室进行一段时间的产品研发实验，通过单因素实验与正交实验手段开发产品，然后到同类型生产企业实习1个月，最后进行综合设计。即前一阶段根据实验内容撰写研究论文，后一阶段根据开发的产品设计一个生产车间。这个环节可以培养学生的科研创新与工程实践的综合能力。

三、基于OBE理念的实践教学方法改革

（一）积极开展“基于项目学习”的实践教学模式

近年，本专业积极采取“基于项目学习”的教学模式，发挥学生的中心地位，让学生实现“在做中学”，教学效果明显提高。比如，在食品工厂设计课程的授课中，学生每3个人组成1个项目组，每组确定1个食品工厂设计项目，每学习一章，就按章节内容完成一份作业（如完成项目建议书、工厂总平面设计图、工厂产品方案、主要产品工艺流程设计、车间设备选型、管路设计与布置等）。项目组要通过查询图书、期刊、企业网站等收集资料，通过筛选分析、组内讨论来完成设计。每一部分作业均要有2个小组制作PPT讲解展示，其他学生参与点评与讨论。整个教学过程中，学生充分参与，实现了“在做中学”，提高了知识掌握程度与实际操作能力，同时也锻炼了学生的团队合作意识、合作能力及组织协调能力，更好地达到工程认证的毕业要求与新工科建设要求。

（二）开展跨课程的综合性实验

本专业近年开展了跨课程的综合性实验改革，比如，食品机械与设备课程和食品工艺学课程相结合，开展综合性创新性实验。食品工艺学课程中的速冻饺子生产工艺、挂面工艺、馒头生产技术、月饼制作工艺等实验，原来倾向于手工制作与感官评定，现在和食品机械与设备课程结合，优选实验室设备，组成了速冻饺子生产线、挂面生产线、馒头生产线与月饼生产线。其中，速冻饺子生产线由绞肉机、盘刀切菜机、饺子成型机、双螺旋速冻机、包装机、喷码机与冷库组成。学生分组后首先选定实验材料，然后利用相应设备完成和面、切菜直至包装与喷码等程序，做出成品。实验要求每人参与，实验过程中学生要拍照、录视频。实验结束后，学生要绘制部分设备结构与原理图，制作Word文档实验报告，教师要选出优秀者进行PPT展示。这种综合实验使学生的学习兴趣明显提高，学生不但深入了解了设备的结构原理与使用方法，也深入掌握了生产工艺，明显提升了工程实践能力、创新能力与综合素质。

（三）积极开展信息化教学方法

近年，高等教育重大变革之一就是课程教学与信息技术的深度融合。本专业进行了多年的尝试，建设了食品工艺学、食品机械与设备、食品化学等课程教学网站，开通了“食品工厂装备与设计”微信公共号，将网络信息资料、视频图片、实验内容及时发布，供学生学习使用，极大地丰富了教学内容。由于教学信息化建设的突出成绩，本专业的食品工艺学课程被评为国家级资源共享课程，课程内容在“爱课程网”上全部上线公开。

综上所述，本专业按照国家新工科建设要求与工程专业认证的需求，以OBE理念构建了有益于培养学生创新能力与工程实践能力的实践教学课程体系，并将创新培养贯穿全学程;改革了实践环节的教学方法，深入开展了“基于项目的教学”与“探究式教学”方式，变传统的验证性与演示性实验为综合性、设计性与创新性实验;突破了单门课程为实施对象的局限性，推行了跨课程的综合实验项目，实现了课程之间的交互，有利于学生综合能力的培养;积极开展信息化教学，实现了课程教学与信息技术的深度融合。这一系列的教学改革极大地促进了教学目标与毕业要求的达成，对提高学生工程能力、创新能力起到明显的作用，可以更好地为我国培养出能解决复杂工程问题的高级工程技术人才。

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